随着无线通讯系统的快速发展,无线通讯所使用的传输频率越来越高。传输频率的升高使得系统对所使用的微波器件的尺寸及其损耗提出了更高要求。随着频率的升高,原有通信系统中基于传统微波传输线设计的器件的插入损耗逐渐升高。因为人工表面等离子激元这一新型的微波结构在微波频段具有慢波特性,且对电磁场具有束缚作用,故而基于此类结构设计的微波无源器件在尺寸及插入损耗上都具有优势。此外,通过对其传输特性的研究,发现选用此类传输线结构对微波系统中的临近耦合及器件的外封装尺寸都有改善。而且,由于其具备色散可调控特性,使其具备设计简便等优势。由以上特性可知人工表面等离子激元结构十分适应现代无线通讯技术的发展趋势,其在高频段的微波设计中应用广阔。尽管人工表面等离子激元具有以上种种优点,但相对来说其应用研究还不是很充分。本文围绕着人工表面等离子激元电磁特性进行研究,具体的研究成果及工作有以下几点:1.详细研究了人工表面等离子激元结构的传输特性及色散曲线,并与已有传输线结构进行对比,发现人工表面等离子激元结构在尺寸,插入损耗等方面均有较大优势然后分析它的电磁特性在微波结构设计中可能带来的优势。2.在对经典的双边锯齿形人工表面等离子激元单元结构的分析之后,将基片集成波导与人工表面等离子激元结构结合起来,设计了SIW-SSPP结构单元,分析结构单元中几个关键参数对色散曲线及单元截止频率的影响。由于人工表面等离子激元无法直接与测试系统相连接,分析了几种其他传输线到人工表面等离子激元的过渡结构,设计了SIW到人工表面等离子激元的过渡结构,实现了8-16GHz内插入损耗低于-1。5d B的从TE模到TM模的宽带高效过渡。3.基于SIW-SSPP的结构单元,文中设计了基于SSPP的全模带通滤波器和半模带通滤波器,实现了此结构的小型化。之后对半模滤波器进行加工实测,此半模滤波器实现了在8.8-16.5GHz的通带内回波损耗优于-10d B的带通传输,相对于全模带通滤波器体积减小了40%。将仿真实验与加工实物的结果进行对比,分析两者之间产生误差的原因,再返回仿真实验中验证产生误差的因素。在此半模滤波器基础上加载铁氧体块,添加偏置磁场,实现了带通滤波器下边带的可调,构造了一个磁可调滤波器。这种磁可调滤波器调谐范围达到了61.5%,较电可调及机械可调滤波器更宽。此滤波器工作在8.5-12.7GHz,通带下截止频率在8.5-10.1GHz间变化。然后在微带到人工表面等离子激元的转换结构上的锯齿间蚀刻开口环,设计了一款双通带滤波器,此滤波器两个通带分别在5-7.8GHz和9.4-12GHz,带内回波损耗优于-10d B。最后,通过在TE₂₀模基片集成波导上蚀刻周期性缝隙,完成了高次模滤波器的设计,实现SSPP在高次模基片集成波导上的初次尝试。此高次模滤波器工作在8.3-10.9GHz,带内插损优于-1.7d B,回波损耗优于-10d B。4.基于SSPP天线的设计。首先简要介绍了漏波天线原理,分析了基于SSPP漏波天线的工作原理。设计了一款以共面波导为转换过渡结构,上表面蚀刻单边锯齿状导带为传输结构,八个等间距开口环作为辐射单元的SSPP漏波天线。此天线工作在7-9GHz,带内平均增益为9.2d Bi。此天线在带内具有频率扫描特性,随着工作频率变化,主波束方向扫描角度为36°。将此天线进行加工实测,对比仿真实验与加工实测之间的误差,分析产生误差的原因,返回到仿真实验中验证关于误差产生的猜想,验证基于上述理论设计此类天线的可行性。